1、<機電一體化復習題和答案>一.填空1. 通常一個較完善的機電一體化系統包含： 動力 、 執行器 、 傳感器 、 計算機 和 傳動機構 五部分。2 傳感器的靜態特性指標主要有： 線性度 、 靈敏度 、 遲滯度 、 分辨力 和 重復度 等。3. 電感式位移傳感器是通過檢測 電感量 的變化來檢測被測量的位移。4.滾珠絲杠副中采用雙螺母是為了便于 螺旋弧軸向 間隙的調整。5.在光柵式位移傳感器中，莫爾條紋對光柵的 柵距 起到了放大作用。6.諧波齒輪傳動的三個主要部件是： 剛輪 、 柔輪 和 諧波發生器 。7.直流伺服電機的優點是穩定性好、可靠性好、響應速度快和扭矩大等；無刷直流伺服電動機的

2、優點是_無換向器 、可控性好和 穩定性好_等。8. 機電一體化技術是 機械 與 微電子 的結合；10. 傳感器的靈敏度反映了被測量的數值處在穩定狀態時， 輸出量 的變化量與 輸入量 的變化量的比值。11. 電容式位移傳感器是將被測物理量轉換為 電容 變化的裝置。12. 滾珠絲杠副中滾珠的循環方式有 內循環 和 外循環 兩種。13. 測速發電機的負載電阻越大，其線性度 越好 。14.步進電機的步距角指在 電脈沖 的作用下，電機轉子轉過的角位移。15.直流伺服電機的機械特性指當 電樞電壓 一定時， 轉矩 與 轉速 之間的關系；調節特性指在 負載轉矩 一定時， 電樞電壓 與 轉速 之間的關系。16.

3、滾珠絲桿副中滾珠的循環方式有內循環和外循環兩種17. 在諧波齒輪傳動中，若柔輪固定、諧波發生器主動、剛輪從動，則主、從動件轉向 相同 。18. 傳感器的遲滯特性是指輸入量在增加和減少的過程中，同一輸入量下其 輸出量 的差別。19、壓電式加速度傳感器中壓電元件變形后所產生的 電荷量 與加速度成正比。20、若是傳感器的最大非線性誤差、為輸出量的滿刻度值，則傳感器的線性度可表示為。21、在機電一體化產品的功能原理方案設計中，其功能元的組合方式常用的有串聯結構、并聯結構和 環形 三種形式。22、在單圓弧型螺紋滾道的滾珠絲杠副中，其接觸角會隨軸向載荷大小的變化而變化。23、對于以提高傳動精度和減小回程誤

4、差為主的傳動齒輪系，應按 輸出軸的轉矩誤差最小 原則分配其各級傳動比。二選擇題在下列每小題的四個備選答案中選出一個正確的答案，并將其字母標號填入題干的括號內1. “機電一體化”這一名詞產生于20世紀，其產生的年代為 （A ）A70年代50年代40年代80年代2. “機電一體化”在國外被稱為 （C）AMachineElectronicsMechatronicsA和B3. 機電一體化產品的動力與驅動部分的主要功能是 （D）A提供動力傳遞運動傳遞動力A、B和4. 在同步齒型帶傳動中，同步帶的齒形為（A）A梯形矩形漸開線擺線5. 直流伺服電動機的電磁轉矩與輸出轉速之間的函數關系式稱為其（A）A機械特性

5、調節特性力矩特性轉速特性6. 在滾珠絲杠副中，預緊調整是為了消除其（B）A徑向間隙軸向間隙預應力A和B7. 在交流伺服電機中，控制繞組與勵磁繞組在空間相差的電角度是（D）A60°45°0° 90°8. 若為傳感器的輸入量，是其輸出量，則傳感器的靈敏度為（C）A9. 在可編程控制器的編程中，同一繼電器線圈在梯形圖中出現的次數最多為（B）A213410. MCS51的每個機器周期包含狀態周期數為（D）A122410611.在滾珠絲杠副JB3162.2-91的標準中，最高的精度等級是（A）A1級10級7級C級12. 光柵式位移傳感器的柵距W、莫爾條紋的間距B和

6、傾斜角之間的關系為（A）A13. 差動變壓器式電感傳感器屬于（C）A渦流式自感型互感型可變磁阻式14. 在自動控制系統中，伺服電機通常用于控制系統的（B）A開環控制C和D全閉環控制半閉環控制15. 在光柵式位移傳感器中，莫爾條紋與光柵條紋的排列方向幾乎成（A）A90°0°45°60° 16. 在同步齒型帶傳動中，節線的長度在工作過程中（A）A不變變長變短幾乎不變17. Mechatronics是兩個不同學科領域名稱的組合，這兩個不同的學科是（B）A機械學與信息技術機械學與電子學機械學與自動化技術機械學與計算機18 計算機集成制造系統包括（D）ACAD、C

7、APP、CAMFMS計算機輔助生產管理A、B和C19. 在機電一體化系統數學模型建立的過程中經常會采用力電壓等效法，此時機械系統的阻尼等效于電系統的（C）A電容電荷電阻電感20. 直流伺服電動機的控制電壓與輸出轉速之間的函數關系式稱為其（B）A轉速特性調節特性工作特性機械特性21. 滾珠絲杠副的基本導程指絲杠相對于螺母旋轉2弧度時，螺母上基準點的（B）A徑向位移軸向位移螺旋線長度坐標值22. 若直流測速發電機的負載電阻趨于無窮大，則輸出電壓與轉速（B）A成反比成正比成平方關系成指數關系23. 在MCS51中，MOV指令用于訪問（B）A內部程序存儲器內部數據存儲器外部數據存儲器外部程序存儲器24

8、. 在兩級齒輪傳動中，若傳動比的分配方案是，則其遵循的原則是（A）A重量最輕等效轉動慣量最小輸出軸轉角誤差最小加速度響應最快25. 諧波齒輪傳動中的柔輪相當于行星輪系中的（B）A中心輪行星輪系桿B和C26. 在MCS51單片機中，用于對外部程序存儲器讀的信號是（A）APSENRDWRALE27. 步進電機在轉子齒數不變的條件下，若拍數變成原來的2倍，則步距角為原來的（A）A0.5倍2倍0.25倍不變28. 傳感器在零輸入狀態下，輸出值的變化稱為傳感器的（C）A線性度精確度零漂分辨率29. 在自動控制系統中，步進電機通常用于控制系統的（C）A半閉環控制閉環控制開環控制前饋控制30. 為了提高滾珠

9、絲杠副的旋轉精度，滾珠絲杠副在使用之前應該進行（B）A調整徑向間隙預緊預加載荷表面清洗31. 感應同步器可用于檢測（D ）A位置加速度速度位移32 通過計算機網絡，將計算機輔助設計、計算機輔助規劃以及計算機輔助制造，統一連接成一個大系統稱為 （B）A. 順序控制系統 B. 計算機集成制造系統C. 柔性制造系統 D. 伺服系統33描寫動態系統的數學模型是 （A）A. 微分方程 B. 代數方程組C. 常系數線性微分方程組 D. 以上答案都不對34 齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數的 （A）A. 增加而減小 B. 增加而增加C. 減小而減小 D. 變化而不變35 某伺服電動機最高大輸出轉矩為5N

10、83;m，通過齒輪系5:1減速，可帶動 （A）的最大轉矩負載。A. 25N·m B. 50 N·mC. 2.5 N·m D. 1.25 N·m36. 某伺服電動機最高轉速為1200r/min，通過絲杠螺母傳動帶動機床進給運動，絲杠螺距為6mm，最大進給速率可達 （B） A. 72m/min B. 7.2m/min C. 5m/min D. 3.6m/min 37 某光柵的條紋密度是100條/mm，光柵條紋間的夾角弧度，則莫爾條紋的寬度是 （C）A. 100mm B. 20mmC. 10mm D. 0.1mm38直流測速發電機輸出的是與轉速 （ C）A.

11、成正比的交流電壓 B. 成反比的交流電壓C. 成正比的直流電壓 D. 成反比的直流電壓39下列屬于變磁阻電動機的是 （ C） A. 直流電動機 B. 交流感應電動機 C步進電動機 D. 永磁同步電動機40直流伺服電動機的理想空載轉速為 （ A） A. B. C. D. 41 某步進電動機有48個齒，采用五相五拍方式運行，其步距角為 （B） A. B. C. D. 42計算步進電動機轉速的公式為 （ B） A. B. C. D. 43. 步進電機一般用于（ A ）控制系統中。 A. 開環 B. 閉環 C. 半閉環 D. 前饋44某三相步進電動機，轉子40個齒，欲使其步距角為，應采用的通電方式為

12、（C ） A. 單拍制 B. 雙拍制 C. 單雙拍制 D. 細分電路三、簡述題1.在機電一體化產品的設計中常常引入現代設計方法，簡述你所熟悉的一種現代設計方法的基本思想。答：1、例如可靠性設計。可靠性指產品在規定條件下和規定時間內完成規定功能的能力。可靠性設計作為一種新的設計方法，只是常規設計方法的深化和發展，所以機械設計等相關課程所闡明的計算原理、方法和基本公式，對可靠性設計仍然適用。但其又有別于傳統設計方法，主要表現在以下幾點：可靠性設計法認為作用在零部件上的載荷（廣義的）和材料性能等都不是定值，而隨機變量，具有明顯的離散性質，在數學上必須用分布函數來描述；由于載荷和材料性能等都是隨機變量

13、，所以必須用概率統計的方法求解；可靠性設計法認為所設計的任何產品都存在一定的失效可能性，并且可以定量地回答產品在工作中的可靠程度，從而彌補了傳統設計方法的不足。2.比較滾珠絲杠副中單圓弧型滾道與雙圓弧型滾道的優缺點。 答：單圓弧型滾道的接觸角會隨軸向載荷大小的變化而變化，因此軸向剛度、傳動效率及承載能力也隨之改變。而雙圓弧型滾道的接觸角在工作過程中基本保持不變，故軸向剛度、傳動效率及承載能力基本不變，而且雙圓弧型滾道中兩圓弧相交處有一小空隙可以使滾道底部與滾珠不接觸，并能存一定的潤滑油，可以減小摩擦和磨損。但單圓弧型滾道比雙圓弧型滾道容易加工。3.簡述機電一體化產品方案設計中黑箱法的基本原理。

14、 答 “黑箱法”是根據系統的輸入、輸出關系來研究實現系統功能目標的一種方法。即根據系統的某種輸入及要求獲得某種輸出的功能要求，從中尋找出某種物理效應或原理來實現輸入輸出之間的轉換，得到相應的解決辦法，從而推求出“黑箱”的功能結構，使“黑箱”逐漸變成 “灰箱”、“白箱”的一種方法。4.簡述機電一體化系統的特點？ 答：用微電子技術取代了人對機械的絕大部分的控制功能，節省能源和材料的消耗。5.簡述機電一體化產品結構設計中通常應該遵循的一些基本原則。 答：自補償原則、任務分配原則、力傳遞原則、最優原則、力平衡原則、穩定性原則、等強度原則、降低噪音原則。6.簡述機電一體化系統（或產品）的設計類型。答：開

15、發性設計、變異性設計、適應性設計7.一個較完善的機電一體化產品應該包含那幾部分？ 答：執行器、檢測傳感器、動力源、機構、計算機8.PLC內部的一個8位存儲器可以等效為幾個輸入繼電器？為什么？ 答：八個 原因：對于系統的每一個輸入點也都有輸入映像區的某一位與之相對應，且系統的輸入點的編址號與輸入映像區的映像寄存器地址號也對應。9.與直齒圓柱齒輪傳動相比較，斜齒圓柱齒輪傳動的優缺點是什么？ 答：1運轉平穩，噪聲小。2重合度較大，承載能力高，適于高速重載傳動。3最少齒數小于直齒輪的最少齒數。缺點：軸系結構復雜化，齒輪制造比較困難，成本較高10、為什么機電一體化產品具有小型化和輕量化的特點？ 答：控制

16、系統采用微處理器代替了很多機械原件。11.簡述增量式編碼器與絕對式編碼器在工作原理方面的不同？ 答：增量式編碼器是通過位移產生周期性變化的脈沖，通過計數設備來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數設備的內部記憶來記住位置。 絕對式編碼器：每個位置有確定的輸出數12.為什么直流伺服電機具有良好的機械特性？ 答：由直流伺服電動機的轉速公式：n = Ua/CE*-Ra*Tm/CE*CT*2=n0-KT*Tm改變電樞電路電阻Ra，外加電壓Ua和磁通三者中任何一個參數都可以改變其機械特性從而改變電機的穩定速度值，且當調節電樞電壓調速時，直流電動機的機械特性曲線的斜率不變，而只改變電機的理想轉速，保持

17、了原有較硬的機械特性。13.傳感器的靜態特性指標主要有哪些？ 答：線性度、靈敏度、遲滯度、重復度、分辨率14.進行機電一體化設計是應遵循什么原則處理“機”和“電”的關系？ 答：替代機械系統、簡化機械系統、增強機械系統、綜合機械系統15.為什么要消除齒輪副間隙？常用什么方法消除間隙 答：在數控設備的進給驅動系統中，考慮到慣量，轉矩或脈沖當量的要求，有時要在電動機到絲杠之間加入齒輪傳動副，而齒輪的那個傳動副存在著間隙，會使進給運動反向滯后與指令信號，造成死區而影響其傳動精度和系統的穩定性 直齒圓柱齒輪傳動副:偏心套調整法；錐度齒輪調整法；雙片齒輪錯齒調整法；斜齒齒輪傳動副  &

18、#160; ：軸向墊片調整法；軸向壓簧調整法； 錐齒輪傳動副      ：軸向壓簧調整法；軸向彈簧調整法16.描述傳感器靜態特性的主要技術指標是什么？ 同1317.根據工作原理，步進電動機分為哪幾類？ 答：反應式步進電機由定子和轉子兩部分組成利用磁阻的變化產生轉矩 永磁式步進電機是轉子或定子的某一方為永磁體，另一方為軟磁材料和勵磁繞組制成，繞組輪流通電，建立的磁場與永磁體的恒定磁場相互作用，產生轉矩。 混合式步進電機它是反應式步進電機和永磁式步進電機的結合因而它具有反應式步進電機的步距角小，響應頻率高的特點，又具有永磁式步進電機勵磁功

19、率小、效率高的優點。四、名詞解釋1機電一體化系統 答：將機械技術，微電子技術，信息技術，控制技術等在系統工程基礎上有機的加以結合以實現整個系統的最優化。2 壓電效應 答： 某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態，這種現象稱為正壓電效應。3直流電動機的機械特性 答：在電動機的電樞電機、勵磁電流、電樞回路電阻為恒定值的條件下，電機的轉速與電磁轉矩之間的關系4步進電動機 答：是一種將電脈沖信號轉換成機械角位移的電磁機械裝置五、分析題1、對于如圖所示的三相反應式步進電機，說明其工作原理。

20、答：設A相首先通電則轉子1、3兩齒被磁極A吸住，轉子就停留在A相通電的位置上。然后A相斷電，B相通電磁極A的磁場消失，磁極B產生磁場，磁極B 把離它最近的2、4兩齒吸引過去并停留在B相通電的位置，使轉子逆時針方向轉30°同理B相斷電，C相通電轉子轉過30°，停止在C 相通電的位置。這樣按ABCA或ACBACBA的次序順時針或逆時針的次序工作。 三相反應式步進電機2.對于圖示的支承結構，應用力傳遞原理說明哪種支承的剛性最好？哪種支承的剛性最差？ （a） （b） （c） （d） （e） 答：圖（a）由于力的傳遞路線最短所以剛性最好，圖（e）由于力線要沿彈簧向下傳遞傳遞路線最長，

21、所以剛性最差3、有一脈沖電源，通過環形分配器將脈沖分配給五相十拍通電的步進電機定子勵磁繞組，測得步進電機的轉速為100r/min，已知轉子有24個齒，求步進電機脈沖電源的頻率。解：1) K=2; M=5, Z=24; =360/2*5*24=1.5º2) f=400Hz （n=f/6）4、圖示為變隙差動式自感傳感器工作原理示意圖，解釋其工作原理。答：.當初級線圈輸入交流激勵電壓時，次級線圈將產生感壓電動勢 e1 和 e2 。由于兩個次級線 圈極性反接，因此，傳感器的輸出電壓為兩者之差，即 ey =e1 -e2 。活動銜鐵能改變線圈之間的藕合程度。輸出 ey 的大小隨活動銜鐵的位置而變

22、。5、圖示為光柵式位移傳感器示意圖，分析其工作原理。答：光柵位移傳感器的工作原理，是由一對光柵副中的主光柵（即標尺光柵）和副光柵（即指示光柵）進行相對位移時，在光的干涉與衍射共同作用下產生黑白相間（或明暗相間）的規則條紋圖形，稱之為莫爾條紋。經過光電器件轉換使黑白（或明暗）相同的條紋轉換成正弦波變化的電信號，再經過放大器放大，整形電路整形后，得到兩路相差為90o的正弦波或方波，送入光柵數顯表計數顯示。 7、對于如圖所示的傳動系統，已知移動部件沿運動方向的負載力；電機轉子的轉速為；軸的負載轉矩；齒輪與齒輪的齒數分別為20和40，模數為1mm。求：等效到電機軸上的等效負載轉矩。六、綜合1、對于如圖所示的存儲器擴展連接圖，要求補充其未連接的部分，并分析該擴展存儲器芯片的地址范圍（設8051的P2口未使用的地址線接地）